全鋼子午線輪胎駕乘主觀評價性能影響因素分析

王德志，任世奪，劉 巖

[浦林成山（青島）工業研究設計有限公司，山東 青島 266000]

隨著汽車行業的發展，除了行駛安全性外，主機廠對輕型載重輪胎駕乘舒適性和操縱穩定性的要求也越來越高，同時隨著輪胎的輕量化、無內胎化、子午化的發展，某些主機廠已經開展了對全鋼輕型載重輪胎的主觀性評價[1-3]。

目前還不能完全通過仿真分析以及室內測試完成輪胎的駕乘主觀性評價，本工作以7.00R16LT 14PR輪胎為例，分析輪胎的剛度和胎面壓力分布與部分主觀評價性能的關系。

1 技術要求

根據GB/T 2977—2016《載重汽車輪胎規格、尺寸、氣壓與負荷》，確定7.00R16LT 14PR輪胎的技術參數如下：標準輪輞 5 1/2J，充氣外直徑（D′） 775（764～786） mm，充氣斷面寬（B′）200（192～210） mm，標準充氣壓力 770 kPa，標準負荷 1 320 kg（單胎）/1 180 kg（雙胎）。

駕乘主觀性評價項目及指標（分數）如下。

（1）平順性。噪聲，不規則路的沖擊 ≥7，緩沖 ≥7，打音 ≥7。

（2）操縱穩定性。高速直線性：直線穩定性≥7，中立感 ≥7；車道交換：應答性 ≥7，手感應 ≥7，收斂安定性 ≥7，控制性 ≥7。

本工作對平順性中的沖擊和緩沖及操縱穩定性中的應答性和手感應進行重點分析。

2 評價使用車輛及場地

評價使用車輛為某品牌新車型（見圖1）。該車型后輪采用雙輪位設計，防側滑功能提高了行駛穩定性，此類車型更注重導向輪的方向盤建力（力的線性增益、中心區范圍、響應速度等）感覺。評價使用場地為襄樊東風汽車試驗場。

圖1 評價使用車輛

3 駕乘主觀評價影響因素分析

試驗輪胎基本信息見表1，方案A為競品，方案B為自主產品，方案B-輕為輕量化自主產品。

表1 試驗輪胎基本信息

3.1 剛度對平順性的影響

各方案輪胎剛度及平順性評價得分分別見表2和3。

表2 各方案輪胎剛度

表3 各方案輪胎平順性評價得分

方案A輪胎平順性評語：小沖擊的過濾不夠，傳遞比較直接，連續沖擊下的振動處理速度一般，不夠干脆，大沖擊柔和度一般。

方案B輪胎平順性評語：大沖擊的柔和度適中，小沖擊的過濾充分，有柔和的感覺，連續沖擊的吸收能力較好。

方案B-輕輪胎平順性評語：大沖擊的柔和度適中，小沖擊的過濾比方案B輪胎稍差，連續沖擊的吸收能力相當。

各方案輪胎平順性評價由優到差為B，B-輕，A。結果表明，包絡剛度和徑向剛度較大時，輪胎對地面凸起物沖擊的緩沖過濾性能下降，舒適性降低。

3.2 操縱穩定性

3.2.1 剛度的影響

仿真分析和五剛機測試輪胎剛度見表4，輪胎操縱穩定性評價得分見表5。

表4 仿真分析和五剛機測試輪胎剛度

表5 各方案輪胎操縱穩定性評價得分

方案A輪胎操縱穩定性評語：變道響應適中，彎道中修正方向響應良好，中心區力感大，收斂安定性稍差，回正速率較快。

方案B輪胎操縱穩定性評語：小角度變道響應偏慢，彎道中修正方向時的響應慢，中心區力感較小，收斂安定性良好。

方案B-輕輪胎操縱穩定性評語：小角度變道響應比方案A輪胎有提升；彎道中修正方向時的響應慢；中速段（30～60 km·h-1）中心區力感增大，導致力矩增益不明顯，有粘滯感；收斂安定性良好。

初步結論為，扭轉剛度的提高，可提升方向盤在轉向時對力的感知，有利于提升應答性。

3.2.2 壓力分布的影響

壓力毯壓力平均分布情況見表6。

表6 壓力毯壓力平均分布情況 kPa

方案B比方案B-輕輪胎操縱穩定性主觀評價好，初步推斷花紋邊部加強筋壓力較小、花紋中間加強筋壓力較大時有利于操縱穩定性中車道交換時的手感應性，有利于轉向時方向盤力的線性建立。

4 輕量化改進對比

為提升B-輕輪胎的駕乘主觀評價性，在B-輕方案的基礎上，采用了3種方案（成山①—③）進行駕乘主觀評價對比以及仿真壓力分布和剛度分析。成山①輪胎帶束層角度由18°改為16°；成山②輪胎帶束層角度由18°改為22°，帶束層寬度增大5 mm；成山③輪胎膠芯寬度增大10 mm。

4.1 仿真壓力分布對駕乘主觀評價的影響

3個B-輕方案輪胎仿真壓力分布見表7，輪胎平順性和操縱穩定性評價得分分別見表8和9。

表7 3個B-輕方案輪胎仿真壓力分布 kPa

表8 3個B-輕方案輪胎平順性評價得分

表9 3個B-輕方案輪胎操縱穩定性評價得分

成山①輪胎平順性評語：大沖擊的柔和度適中；小沖擊的過濾充分，有柔和的感覺。

成山②輪胎平順性評語：大沖擊的柔和度略差；小沖擊的過濾充分，有柔和的感覺。

成山③輪胎平順性評語：大沖擊的柔和度適中；小沖擊的過濾充分，有柔和的感覺。

輪胎平順性評價由優到劣為成山③、成山①、成山②。

成山①輪胎操縱穩定性評語：小角度變道響應偏慢；彎道中修正方向時的響應慢；打方向盤時輪胎轉向角度滯后于方向盤轉角較大，即感覺中間位置輪胎轉向不靈敏的空間較大；力感模糊，增益不明顯。

成山②輪胎操縱穩定性評語：轉向響應稍差于成山③，手力介于成山①與成山③之間。

成山③輪胎操縱穩定性評語：轉向響應提升；中間位置力感清晰，力矩增益良好。

輪胎操縱穩定性主觀評價由優到劣為成山③、成山②、成山①。

分析可知：成山③輪胎花紋邊部加強筋平均壓力分布最小；成山②輪胎次之，5條花紋加強筋的平均壓力分布梯度感較好。

初步結論，花紋邊部加強筋平均壓力較小以及各花紋加強筋平均壓力梯度感較好時，有利于操縱穩定性的提升。

4.2 剛度對駕乘主觀評價的影響

剛度仿真分析結果見表10。

表10 剛度仿真分析結果

根據3個B-輕方案輪胎平順性和操縱穩定性主觀評價結果和剛度分析結果可知：胎側剛度較大時對于路面突出物的沖擊過濾性降低，影響舒適性；胎側剛度較小時，對轉向時力的傳導有延緩性，造成粘滯感，響應變慢。

5 結論

（1）胎側剛度較大時，對地面的沖擊過濾性差，影響舒適性。

（2）胎側剛度較小時，延緩轉向時力的傳導，易產生粘滯感，響應慢；扭轉剛度較大時，可提升方向盤在轉向時的力感，有利于提升應答性。

（3）在轉向力感模糊時，減小花紋邊部加強筋的平均壓力或提高從外向內花紋加強筋平均壓力的梯度感，有助于提高力的線性建立，提高手感應性；但是花紋邊部加強筋平均壓力減小過多也會帶來不利因素，對操縱穩定性的影響是大轉向時，后期增益明顯，比預期變快，影響操縱穩定性；對輪胎質量的影響是易產生肩部偏磨。

駕乘的主觀評價比較復雜，目前完全用可量化的數據來比較還有很多困難，需要在今后繼續積累相關經驗，不斷進行完善。